JP4544747B2 - Method and apparatus for simultaneous determination of eye surface topometry and biometrics - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
(技術分野)
本発明は、角膜表面上へのパターンの動的または静的な投射のための手段、および角膜によって反射される、または映されるパターンを検出するための手段を用いて、目の表面トポメトリーを検出するための方法および装置に関する。「層」という用語は、断層撮影の用語の中でこれ以降解釈されるものとし、異なる屈折率のゾーンの間の薄い境界層には制限されない。
【0002】
(背景技術)
パターンが静的に(例えば、DE第43 25 494 A1号または米国第5,684,562号)または動的に(例えば、DE第43 22 620 A1号)角膜の上に投射され、角膜から反射される、または映されるパターンが検出される角膜の表面形態学を検出するための多岐に渡る方法および装置が既知である。このような方法は、通常、ビデオ角膜曲率測定法またはプラシドに従ったリング投射と呼ばれ、一般的な業務でのその価値が証明されている。それらにより、数ミリ秒以内での角膜の表面のポイントごと(大部分の場合、8000を超える測定ポイントを用いた)の測定が可能になる。
【0003】
角膜の表面の形態学は、投射ポイントの位置、およびリングパターンを形成するこらのポイントの相対的な関係性から引き出される。反射されたパターンは、通常、CCDアレイによって、例えば、ビデオカメラのCCDアレイなどのCCDアレイとともに、記録され、通常、いわゆるプラシドの円錐の端部で、同軸で、かつ同心円的に配置されている。ただし、このセットアップは、約0.5mmという直径を有する中心角膜領域を、目の屈折力を関連して決定し、視覚軸の通過点を形成するのは特に角膜の中央光学ゾーンであるが、測定の間に検出できないという結果につながる。いわゆるスタイルス−クロフォード効果は、プラシドのパターンの投射中、あらゆるパターンから自由である中心角膜ゾーンが、目の投射組織の中の周囲角膜領域に関して特別な役割を果たすという結果につながる。
【0004】
さらに、ビデオ形態学としても示される、ビデオ角膜曲率測定法は、角膜の背面および目の屈折組織の下部セクション、特にレンズの前面および背面で情報を供給できない。境界表面の幾何学形状、目の前眼房の奥行き、境界表面特性、およびレンズ形態学、レンズ内での密度の分布および散乱する体の配列、および(レンズと網膜の間の距離によって画定されるような)目の後眼房の奥行きは、角膜上での屈折測定値の精度を高めるため、および患者の目全体の光学特性の屈折システムのコンピュータ援用検出および解析用のレンズでの埋め込み外科介入のための前提条件である。
しかしながら、これらのデバイスのいくつか(DE第43 25 494 A1号または米国第5,684,562号)は、目に対して投射されたパターンを位置合わせする、または投射されたパターンに目を位置合わせするための手段を提供する。これらの位置合わせ手段は、目の内側構造によって反射されている光を処理することにより、角膜の下の目についての一定の情報を提供してよい。このような情報は、特に目の光学軸に沿ってかなり曖昧である。
代替策として、米国第5,491,524号は、表面形態学結果に備えるために光学干渉性形態学(OCT)を使用することを提案している。しかしながら、この方法は、測定が発生する幾何学的な位置についての情報を提供することはできない。特に、目の自然の運動は校正することができない。
【0005】
これを念頭に入れ、本発明は、簡略かつ迅速な方法で、角膜の完全な実質的な表面形態学と、比較的高い精度で角膜の下に置かれる目の層の少なくとも1つの光学特性の両方とも検出することを可能にする方法および装置を提供するという目的に基づいている。
【0006】
(発明の開示)
この目的は、手段が、干渉性断層撮影法的手段を備える目の角膜の下に置かれる層の少なくとも1つの光学特性を検出するために提供される。この目的は、角膜の下に置かれる目の層の少なくとも1つの光学特性が、干渉性断層撮影を介して、角膜の表面断層撮影の検出プロセスに平行して検出される前述された種類の方法によっても達成される。
【0007】
このようなセットアップおよびこのような方法が、1つのプロセスで必要とされている測定を実行できるようにする。これは、このような測定を受ける人にとって非常に心地よい。さらに、このセットアップは、このような局所的な校正が角膜の表面形態学の検出により可能にされるために、角膜の下の層の光学特性の検出が、必要とされる局所的な校正とともに発生することも確実にする。このようにして、人が、生理学的に可能ではない、角膜の下に置かれる層の光学特性を測定する間、集束する光を厳密に見つめることはもはや必要でない。むしろ、より小さい偏差は、検出された表面形態学によってそれに応じて測定できる。このようにして、本発明に従った装置および方法は、最初に十分に高い局所的な精度をもって目全体の光学特性を決定することを可能にする。
【0008】
例えば、本発明に従った装置は、少なくとも1つのレーザ光源、レーザ光源によって生成されるレーザビームを検出するための検出器、およびビームを分割し、ビームの少なくとも一部を目の中に偏向し、目の中で反射されるレーザビームの検出器パーツの上に偏向するための手段とを備えてよい。
【0009】
このような装置は、表面形態学と目の総体的な屈折を比較し、このようにして目の中のさらに深くに置かれる光学媒体の影響およびデータを検出することを可能にする。加えて、散乱する画像の解析は、目の組織部分から得ることができる。特に、機構輪郭的に検出不可能な中心部分は、該装置を用いてトポメトリー的に、およびトポグラフ的に検出できる。
【0010】
したがって、レーザビームは、本発明に従った方法で、少なくとも1つのレーザ光源によって作り出され、ビームの少なくとも一部が目の中に誘導されるような方法で分割および偏向でき、目によって反射されるレーザビームの部分は検出器に誘導され、検出器によって検出される。
【0011】
解決されるべきそれぞれの問題点に応じて、方法は、目に向けられているレーザビームの波面の輪郭が、目によって反射される波面の輪郭と比較されるような方法で実行できる。代替策として、または加えて、該方法は、目の中に発射されるレーザビームの連続期間が求められるような方法で実行することもできる。
【0012】
測定は、プラシドトポメーターが、角膜の表面上にパターンを投射するために使用されるときに、特に実行するのが正確かつ容易だろう。このプロセスにおいては、レーザビームは、角膜の下に置かれている層の光学特性を検出するためのプラシドトポメーターのビームを通って、目に向かう、および戻るその経路で誘導することができる。この目的のため、傾斜鏡または偏向(deviating)プリズムなどの適切な偏向手段が使用される。
【0013】
角膜の下に置かれる層の光学特性を決定するためには、既知のビーム輪郭または瞳孔の開口部のゾーン内でのレーザ源の既知の波面を導入し、それを角膜および目の下部セクションの上に向けることが可能である。目によって反射される波面の輪郭形態を決定すること、および目の中に送られる波面との比較によって、光学特性を検出することが可能である。ハルトマン−シャック検出器は、特に、この目的に適している。このような装置は、角膜の下に置かれる目の層の光学特性に非常に正確な絵を生じさせるだろう。
【0014】
代わりに、あるいは激増的に、角膜の下に置かれている層の光学特性を決定するために光学干渉性機構形態学(OCT)を提供することも可能である。このような干渉性形態学はその価値を証明し、目全体から確実にトポグラフを供給し、屈折(生物測定学)に関して関連している目の個々の部分の層厚に関する情報も含む。特に、本発明に従った方法および装置は、角膜の表面形態学の連続的な同時検出によってそれぞれ補正することができる。これらの表面形態学に基づいた数学的な計算は、データ取得中に角膜の動きを補償するために使用することができ、このようにして、OCT測定に関して動きの誤差を補償するためにも使用できる。
【0015】
中心角膜領域内での角膜形態学は、角膜の中央にプラシドリング自由領域内で、短干渉測定システム、特にレーザ測定システムが角膜の中で映され、瞳孔および網膜を通って伸びる光学軸に同軸的に、角膜および目の下部セクションに照準が合わされるように決定することもできる。加えて、OCTは、目の内側のさまざまな層の組織およびその他の光学特性を測定するために利点を提供する。例えば、これらのデータは、屈折手術の後のストロマ組織での角膜の傷回復過程を測定し、分析するために使用できる。
【0016】
OCT情報を捕捉するために必要とされる時間が実質的には形態学取得時間より長いため――1つの形態学だけの代わりに――複数の形態学が、偶発的な目の動きのための移動の人為的な結果を検出、補償するために、上記OCT取得中になされなければならない。
【0017】
角膜と測定装置の位置合わせというまだ未解決である問題は、以下の通りに解決することができる。つまり、波面検出装置だけではなくOCTも、トポグラファーの基準点(例えば、患者の照準線)に相互関連することができる。これは、形態学に同じ固定光、および波面検出またはOCTを使用することによって達成され、x/y座標の中でデータ分析の開始点を計算するのを可能にする。
【0018】
OCTは、z軸の適切な調整によって得られる層に特殊な情報を獲得することによって、目の関連する光学構成部品(角膜、レンズ、硝子液)の形態学の情報も提供する。このようにして、角膜およびレンズの内側からの形態、光学、密度計データを得ることができる。屈折手術のための診断およびトポメトリックツールとして、OCTだけが診断および療法に関連するこのようなデータを提供することができる。また、上記形態情報は、OCT単独に基づいた波長選択、またはx軸変動に基づいたデータ取得と組み合わせて得ることもできる。
【0019】
複数のポイント(中央に、およびやや中央に)のOCT測定により、元の場所でのレンズの移動が可能になる。このような測定は、OCTを分割する(プリズムを静的に使用するか、走査装置を動的に使用するかのどちらか)こと、およびそれぞれのビームの実行時間の差異のそれ以降の評価によって、達成することができる。記述されている方法の内の1つでのビーム分割により、レンズ位置、本質的なモルフォメトリック情報の三角測量測定が可能になる。
【0020】
プラシドリングパターンの角膜(裂け目フィルム)上への静的な投射とは別に、1つまたは複数の光源の動的な投射を使用して、OCT走査の情報だけではなく、角膜表面の形態学も得ることができる。このようにして、パーシン(Purcyne)画像(1=表面角膜、2=後方角膜面、3=前方レンズ面、4=後方レンズ面、5=網膜)は、上記光学関連面を測定するために使用できる。
【0021】
本発明のさらなる目的および利点は、単に例として選択され、どのようにしても限定的と理解されるべきではない、本発明の2つの実施態様の図面と組み合わせて以下の説明により提供される。
【0022】
図1、図3、および図4に示され、その全体で参照番号10と10’で示されている装置は、2つの構成部品、つまり無作為な開口角度のある円錐12付きのプラシドトポメーター、CCDアレイ14、および波面分析器(図1)または光学干渉性断層撮影機(図3および図4)だけではなく、円錐18の外壁を照明するための環状のランプ16から成り立っている。多くの環状に伸びる開口20が、図解の明快さの理由から限られた数だけに参照番号が付けられ、円錐ランプ16によって生じる光がそれを通り抜けることができ、その結果、パターンが目22、つまりさらに特定すると調べられる角膜24の上で既知の方法で投射される、プラシド円錐12の円錐18の外壁の中に導入される。環状に伸びる開口20は、ケースの中で最も簡単なケースでスロットに関係し、その結果投射されたリングが単色となる。投射されたリングがパターンコーディングされ、リングのその幾何学形状の原点へのさらに簡略な割当てが可能にされるように、多様なネットまたはグリッドを導入することも可能である。このようにして投影されたリングをカラーで符号化するために、異なるカラーフィルタを個々の開口の中に導入することも可能である。
【0023】
装置の運転中、光を発する円錐は、角膜24の表面のような反射面で反射される。反射画像は、ビデオカメラのCCDアレイ14のレンズ26を介して再生される。それから、円錐リングの反射画像のある表面の画像が、追加処理のために、評価者装置、例えば、PCまたはワークステーションに供給される。
【0024】
図解されている例においてはプラシドリングトポメーターである、プラシドトポメーターは、通常8,000を超える測定ポイントを記録することにより、数ミリ秒の内に角膜24の表面の測定を可能にする。しかしながら、これには、それが目のさらに深いセクションからの情報を供給しないという不利な点がある。ただし、この情報は、プラシドトポメーターが、ビーム輪郭または波面分析器(図1および図2)、または光学干渉性断層撮影機(図3および図4)とともに本発明に従って提供される目的のため、波面分析(図1および図2)または干渉性形態学(図3および図4)によって供給できる。
【0025】
ビーム輪郭または波面分析器は、既知の形式、例えば、ガウスビームプロファイルでビームプロファイルを発射するレーザソース28から成り立っている。このレーザソースは、既知の光学経路長である赤外線またはその他の光を発することができる。波面32は、それぞれの検出器フィールドによって、例えば、ハルトマン−シャックセンサ34によってビームスプリッタ30を介して読み出される。波面32の輪郭は、取得されたデータから決定される。映し出されないレーザビームの部分は、目22に向けられる。レーザビームの直径は瞳孔の直径に依存し、任意に、レーザソースの種別に応じてレンズシステム(望遠鏡28’)によって広げるまたは縮小することができる。角膜36または目22の後部柱に反射される波面は、検出器34へ部分的に透明なミラー(ビームスプリッタ30)で偏向される。その異なる形式を示すために検出器34の隣に図2の右上部分で互いの下で示された2つの波面、つまり入力波32と目の中で反射される波38の間の差異が、実行時間の局所的な差異の結論を引き出すことを可能にする。これにより、屈折の局所的な差異を求めることができる。表面形態学と関連して、角膜の表面を局所コーディングの形式と曲率に関して記述できるだけではなく、総体的な屈折倍率に対する深いところにある屈折媒体の影響を求めることも可能である。
【0026】
2つの測定方法を結合するには、開口40は、それを通して波面分析器のレーザビームを誘導できるプラシドトポメーター(図1)のビーム経路内の任意の位置で導入される。小型偏向鏡42が、平行に、またはCCDアレイに対する目の軸に対する既知の角度で波面分析器のレーザビームを向け直すだろう、プラシド円錐の内部に取り付けられている。上記偏向鏡42は、プラシド円錐の中心の外部にだけではなく、中心に取り付けることができる。偏向鏡の代わりに、他のビーム誘導オブジェクト(例えばプリズム)を考慮することも可能である。追加偏差ミラー44は、図1に図示されているような装置に提供され、その鏡は、当然、レーザ光源28の配列に応じて省略することもできる。
【0027】
さらに、レーザソース28によって発せられるレーザ光がいわゆる患者用の固定光として使用できない場合、装置は、同が集束する光46の上で、集束するという点で、検査中に調べられる目を可能な限り安定にしておくために患者が調べられるのを補助する追加集束光46、および検出器34と結合される評価器48を備える。中央評価制御装置は、検出器34からだけではなくCCDアレイ14から受信されるデータを評価し、同時に解決される問題に従って装置を同時に制御するPCの形で提供される。このようにして、取得されるデータは、例えば、目または例えば目のレンズ50などの目の重要な部分の総合的な光学動作を決定するために使用できる。角膜の表面の湾曲の半径、および目の総合的な屈折に関する情報から、例えば、白内障を患う患者のために人工の眼内のレンズのデータを高精度で計算することが可能である。
【0028】
このプロセスでは、記述された測定は、記録シーケンス内で、または連続してのどちらか実行できる。さらに、個々の測定の所望の組み合わせは、定義可能な時間間隔内で可能である。両測定プロセスとも、解決されるべき問題点に従って必須情報の選択だけではなく、記録のシーケンスも制御するそれぞれの自動制御プロセスを通して調整できる。例えば、制御メニューを通してオペレータによって選択される解決されなければならない問題に従って、実行される測定が自動的に選ばれ、それからそれぞれの用途に最も適切なシーケンスで実行されるだろう。測定の結果は、人工レンズの半径または評価値用のカラーコーディングされたカードという形で、あるいは人工レンズの自動的な生産中など、の追加使用のためのコンピュータファイルとして、例えば、画面上で、またはプリンタで出力することができる。
【0029】
方法の組み合わせは、診断および治療という点で、定性的に新規かつ過去に達成できなかった目の定量的な記述につながる。出願人によって開発されるような自由空間内の絶対座標および光線トレーシングの高速計算を求めるための方法(DE第195 163 091A1号を参照)と組み合わされて、光学境界サービスだけではなく、媒体の光学品質を気象学的に客観的な方法で決定する確率も初めて指定される。光線トレーシングプログラムの助けを借りると、装置によって取得されるようなデータに基づき、生体内でおよび元の場所で、総体的な屈折システムを定量化することが可能である。生物測定法データは、機能上のパラメータ個々の分析および視覚的な鋭敏さ、コントラストの感度の予想される計算を可能にする。それと同時に、プランドサージカル介入の結果(つまり、ストロマ内リング、phacic IOL、PRK、LASIK)は、計算でき、このようにして――範囲内で――「専門家」ソフトウェアプログラムによって予測できる。
【0030】
2つのプログラムを組み合わせた結果、自動化されたレーザ手術には、最も外側の周辺の角膜から、角膜を通る視覚軸の範囲まで、過去に達成できなかった包括的なトポメトリカル/形態学上の角膜の図が備えられる。他方、これは完全なデータレコード(おそらくその光線トレーシングプログラムへの連結とともに)を使用して、光除去レーザにより角膜の前面の個々に最適の除去パターンを導入する機会につながる。このようにして獲得されたデータは、外科医の手の器用さから切除プロセスを切り離し、それをレーザそれ自体での組織の自動化された切除のためのデータレコードとしてそれを提供するために、角膜の断面全体でのその完全さの結果として「補助または誘導形態学」という名前で既知である方法に従って使用できる。
【0031】
角膜の形態学および目の中の波面分析は、個々に製造された眼内のレンズの計算での新しい可能性につながる。初めて、それらは、眼内レンズでだけではなく、コンタクトレンズでの医療用のケアのために、個々の患者にとって視覚最適化された屈折状態を可能にする。このようにして、コンタクトレンズでの、および眼内レンズインプラントでの以前の医療ケアの範囲を大きく変化させることが可能である。最後に、このシステムは、一般的に、いまだにケースの70%より多くで必要とされる眼鏡などの追加補正補助装置が避けられるようになる健康システム用のコスト削減につながるアプローチに基づいている。
【0032】
図3および図4は、光学干渉性断層撮影機だけではなくプラシド円錐12、円錐ランプ16、およびCCDアレイ14とともに、プラシドトポメーターから実質的に成り立っている装置10’を示す。開口40’は、干渉性断層撮影機のレーザビームを誘導できるプラシド円錐12の中に導入される。小型偏向鏡42は、その鏡が干渉性断層撮影機のレーザビームを、平行に、またはCCDアレイへの目の軸に既知の角度で向け直すだろう、プラシド円錐12の内部で取り付けられる。上記偏向鏡42’は、プラシド円錐の中心の外側だけではなく、中心にも取り付けることができる。偏向鏡の代わりに、他のビーム誘導オブジェクト(例えば、プリズム)を考慮することも可能である。
【0033】
干渉性断層撮影機(OCT)は、本質的に、実質的にはレーザ光源28から成り立っている。つまり、いわゆるSLDレーザダイオードは、レーザ光源、例えば、レーザビームを2つの基準鏡54と56の上に分割するプリズムスプリッタ52、入射レーザ光の輝度動作だけではなく、運転時間および位相シフトを検出することができる光検出器34’などのレーザ光源として使用されている。図3に示されているように、2つの軸の回りで旋回できるように配置することができる追加の偏向鏡58(図3)または58’(図4)が、さらに提供され、その結果それは「x/yスキャナ」としての役割を果たすことができる。さらにビーム集中のための集束レンズシステム(レンズ60および62)は、境界表面検出の目的のために提供され、プラシド円錐12を通るレーザビームの通過点40’でビーム直径が可能な限り小さくなり、情報の非常に小さい損失だけがプラシド測定中に起こるように配置されている。二重ビーム基準鏡は、さらに、図3に従って装置の中で提供され、その鏡は角膜の幾何学形状に基準面を供給する。
【0034】
レーザビームが、最後の偏向鏡42’の後に、その経路で目の中に集束される焦点は、測定ポイントつまり干渉性断層撮影機の測定平面を画定する。例えば目(角膜の前方と後方の面、レンズの前方と後方の面、目の基底部)の上で個々の境界面を検出するために、焦点は、目を通る光学軸に沿って移動されなければならない。一例が、プリズムスプリッタ52と第1基準鏡54の間のビーム経路に挿入される回転するまたは発振する二重鏡光学経路長変調器66によって、図3および図4に示されているように、実施態様において与えられる。変調器を移動した結果、レーザビームの焦点は、角膜の前方面から目の基底部に誘導される。信号最大値は、それぞれの光学境界面での検出器34’内で発生する。光学経路長変調器角度符号化の結果、それぞれの反射ポイントを線形基準に割り当てることが可能である。つまり、人は各光学境界面の間の光学軸に沿って目の中の距離情報を得る。これらのデータは、例えば、目の総合的な生物測定学に使用することができる。
【0035】
偏向鏡58が、図3に図示されているように、2つの軸の回りで旋回自在に保持される場合、表面走査は、任意の希望される面で実行できる。この目的のため、光学経路長変調器は、所望のターゲット面に従って休止にされ、入信するレーザビームは偏向鏡58いよって平面内の異なるポイントに向けられる。このようにして、高い精度で、例えば――すでに前述されたように――その設計の結果としてプラシドトポメーターと測定できない角膜の中心部分を測定することが可能である。さらに、測定面の画定された進み(光学経路長変調器の回転)によって、それから全体として測定された体積に関する3次元情報を提供し、光学システムの構造上の変化(散乱、吸収、反射等)に関する追加情報を供給することができる、密接に後続する所望の数の平面を測定することが可能である。このような診断ステートメントは以前は可能ではなかった。
【0036】
鏡58によって提供されている制限されたx/y位置(例えば3つのまたは4つの位置)を使用することにより、表面形態学がOCT測定のデータと組み合わされる場合に、レンズの偏心または傾斜を決定できるようにする。
【0037】
図1および図2に関連してすでに言及されたように、プラシドトポメーターおよび干渉性断層撮影機を用いた測定は、同時に、または連続して実行できる。やはり上述されたように、プラシド検眼と干渉性形態学の組み合わせは、診断および治療という点で、目の、定性的に新規のおよび過去に達成できなかった定量的な記述につながる。光線トレーシングプログラムの助けを借りて、傷治療過程で媒体に暗影を投じること、および傷の形成を含む、本発明に従った装置を用いたデータの取得後に、総体的な屈折システムを定量化することは、生体内およびそれ自体可能である。例えば、本発明に従った装置および方法は、散乱態に関する層ごとの情報を得るために使用することができ、それに対しては、診断だけではなく法医学の薬に関しても緊急のニーズがある。例えば、角膜の手術後、前方の光散乱を物理的に簡略化することに訴えなくても、曇りの形成および傷の治療のための客観的な基準を決定することが可能である。
【0038】
さらなる重要な用途とは、人工の年齢構造での増加シフトにより、後には人口の100%にまで影響を及ぼすだろう白内障の治療およびリスクの層化である。本発明は、角膜を曇らせることに関する客観的な決定を可能にする。レンズの前方面と後方面、および目の前眼房の奥行きだけではなく、角膜の前方表面および後方表面も含む光学屈折システム全体のそれ以外の特性に関する我々の知識が、客観的に予測できる視覚精度をそこから決定できるようにする。
【0039】
前眼房およびレンズの曇らせる客観的な等級付けは、計算された視覚鋭敏さと臨床的に観察された鋭敏さの間の相互作用から作り出すことができる。生体内でおよび試験管内だけで曇り現象の段階を等級付けるために客観的な基準を得ることさえ、きわめて特有の目の病気の診断および療法の広範囲に及ぶ結果を有するだろう。
【0040】
本発明は、生物測定法の分野での定性的に決定的な改善も可能にする。白内障手術前に実行される超音波に基づく従来の生物測定法、および人工レンズの挿入は、最終的に個々に最適の視覚的な結果を可能に強いない単純化を伴って動作する。角膜の後方面は今日まで定性的には検出可能ではなかったため、レンズのあらゆる湾曲を求めることは部分的には可能ではなく、最小でも偏心化および転位が可能であり、その結果、挿入されるレンズは不正確に計算されていた。今日までの手順の社会経済的な結果は多大である。つまり現在まで、視覚的な鋭敏さの理論的に可能な最大率は、白内障手術後のレンズ挿入のすべてのケースの約80%で達成されず、その結果、眼鏡による原価集約的な補正が必要とされていた。RA/LA間の誤った計算が3ジオプタを超える場合、アンイソメトロピーという追加の問題が生じる場合がある。本発明は、ここで初めて、表面トポメトリーおよび干渉性形態学、および/または波面分析を使用し、あらゆる個別ケースのための最適なインプラントを正確に計算することができる特に単純な方法でデータレコードを決定することによって対処する。
【0041】
本発明の考えの範囲内では、多数の修正を提供することは可能であり、例えばプラシドトポメーターの種別および配列に関する開発が考えられる。このようにして、例えば、プラシドパターンをプラシド円錐の力を借りて角膜の上に静的に生じさせないが、代わりに例えばLEDを回転することによってパターンを動的に生じさせることが可能である。波面分析または干渉性形態学のために向けられるレーザ光が静的または動的に投射されることも同様に可能である。本発明の関連する局面は、トポメーターおよび波面分析器または干渉性断層撮影機が1つの装置内で結合されるいずれのケースにもある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 プラシドトポメーター、および波面分析器付きの装置の主要な配置を示す図。
【図2】 波面分析器の主要な運転モードを示す図。
【図3】 プラシドトポメーターおよび光学干渉性断層撮影機付きの装置の、目の前部セクションから断層撮影を取得するためにセットアップされている光学干渉性断層撮影機との配置を示す図。
【図4】 図3に従った装置を示すが、干渉性断層撮影機は目の中間セクションおよび目の後方セクションで走査を実行するためにセットアップされている干渉性断層撮影機付きの装置を示す図。[0001]
(Technical field)
The present invention provides eye surface topometry using means for dynamic or static projection of a pattern onto the corneal surface and means for detecting a pattern reflected or projected by the cornea. The present invention relates to a method and apparatus for detection. The term “layer” shall be construed hereinafter in tomographic terms and is not limited to thin boundary layers between zones of different refractive index.
[0002]
(Background technology)
The pattern is projected statically (eg DE 43 25 494 A1 or US 5,684,562) or dynamically (eg DE 43 22 620 A1) and reflected from the cornea A wide variety of methods and apparatus are known for detecting the surface morphology of the cornea where a pattern to be played or projected is detected. Such a method is usually called video corneal curvature measurement or ring projection according to placido and has proven its value in general practice. They allow measurements on the surface of the cornea within a few milliseconds (in most cases using more than 8000 measurement points).
[0003]
The morphology of the corneal surface is derived from the location of the projection points and the relative relationship of those points that form the ring pattern. The reflected pattern is usually recorded by a CCD array, for example with a CCD array such as a CCD array of a video camera, and is usually arranged coaxially and concentrically at the end of a so-called placido cone. . However, this setup determines a central corneal region having a diameter of about 0.5 mm in relation to the refractive power of the eye, and it is in particular the central optical zone of the cornea that forms the passing point of the visual axis, The result is that it cannot be detected during the measurement. The so-called Styles-Crawford effect results in a central corneal zone that is free from any pattern playing a special role with respect to the surrounding corneal region in the projected tissue of the eye during projection of the placido pattern.
[0004]
Furthermore, video corneal curvature measurement, also shown as video morphology, cannot provide information on the back of the cornea and the lower section of the refractive tissue of the eye, particularly the front and back of the lens. Boundary surface geometry, anterior chamber depth of the eye, boundary surface properties, and lens morphology, density distribution within the lens and scattering body array, and (defined by the distance between the lens and the retina The depth of the posterior chamber of the eye can improve the accuracy of refractive measurements on the cornea, and implant surgery with a lens for computer-aided detection and analysis of the refractive system of the patient's entire eye optical properties. It is a precondition for intervention.
However, some of these devices (DE 43 25 494 A1 or US Pat. No. 5,684,562) align the projected pattern to the eye or position the eye in the projected pattern. Provides a means for matching. These alignment means may provide certain information about the eye under the cornea by processing the light reflected by the inner structure of the eye. Such information is particularly ambiguous along the optical axis of the eye.
As an alternative, US Pat. No. 5,491,524 proposes to use optical coherent morphology (OCT) to prepare for surface morphology results. However, this method cannot provide information about the geometric location where the measurement occurs. In particular, the natural movement of the eye cannot be calibrated.
[0005]
With this in mind, the present invention provides, in a simple and rapid manner, the complete substantial surface morphology of the cornea and of at least one optical property of the eye layer placed under the cornea with relatively high accuracy. Both are based on the object of providing a method and apparatus that allow detection.
[0006]
(Disclosure of the Invention)
This object is provided for detecting at least one optical property of a layer placed under the cornea of the eye comprising coherent tomographic means. The object is that a method of the kind described above in which at least one optical property of the layer of the eye placed under the cornea is detected in parallel to the cornea surface tomography detection process via coherence tomography. Is also achieved.
[0007]
Such a setup and such a method allow the measurements required in one process to be performed. This is very comfortable for those who take such measurements. In addition, this setup allows the detection of the optical properties of the layers under the cornea together with the required local calibration, since such local calibration is made possible by detection of the surface morphology of the cornea. Also ensure that it occurs. In this way, it is no longer necessary for a person to stare closely at the focused light while measuring the optical properties of a layer placed under the cornea that is not physiologically possible. Rather, smaller deviations can be measured accordingly by the detected surface morphology. In this way, the device and method according to the invention make it possible to initially determine the optical properties of the entire eye with sufficiently high local accuracy.
[0008]
For example, an apparatus according to the invention comprises at least one laser light source, a detector for detecting a laser beam produced by the laser light source, and splitting the beam and deflecting at least part of the beam into the eye. Means for deflecting the detector part of the laser beam reflected in the eye.
[0009]
Such a device compares the surface morphology with the overall refraction of the eye and thus makes it possible to detect the effects and data of optical media placed deeper in the eye. In addition, an analysis of the scattered image can be obtained from the tissue portion of the eye. In particular, the central portion that cannot be detected in terms of mechanical contour can be detected topographically and topographically using the device.
[0010]
Thus, the laser beam is produced by at least one laser source in a manner according to the invention and can be split and deflected in such a way that at least part of the beam is guided into the eye and reflected by the eye A portion of the laser beam is directed to the detector and detected by the detector.
[0011]
Depending on the respective problem to be solved, the method can be carried out in such a way that the contour of the wavefront of the laser beam aimed at the eye is compared with the contour of the wavefront reflected by the eye. As an alternative or in addition, the method can also be performed in such a way that a continuous period of the laser beam emitted into the eye is required.
[0012]
The measurement will be accurate and easy to perform especially when the placido topometer is used to project a pattern onto the surface of the cornea. In this process, the laser beam can be guided in its path toward and back through the beam of a placidotopometer to detect the optical properties of the layer placed under the cornea. For this purpose, suitable deflection means such as tilting mirrors or deflecting prisms are used.
[0013]
In order to determine the optical properties of the layer placed under the cornea, a known wavefront of the laser source in the zone of the known beam contour or pupil opening is introduced and applied over the cornea and the lower section of the eye. Can be directed to. It is possible to detect the optical properties by determining the contour form of the wavefront reflected by the eye and comparing it with the wavefront sent into the eye. The Hartmann-Shack detector is particularly suitable for this purpose. Such a device would produce a very accurate picture of the optical properties of the eye layer placed under the cornea.
[0014]
Alternatively, or dramatically, it is possible to provide optical coherent mechanistic morphology (OCT) to determine the optical properties of a layer placed under the cornea. Such coherent morphology proves its value, reliably supplies topographs from the entire eye, and also includes information on the layer thickness of the individual parts of the eye that are related in terms of refraction (biometrics). In particular, the method and apparatus according to the present invention can each be corrected by continuous simultaneous detection of the corneal surface morphology. These surface morphology based mathematical calculations can be used to compensate for corneal motion during data acquisition, and thus also used to compensate for motion errors for OCT measurements. it can.
[0015]
Corneal morphology within the central corneal region is coaxial with the optical axis extending through the pupil and retina, in which the short interferometry system, in particular the laser measurement system, is projected in the cornea in the placido ring free region in the center of the cornea In particular, it can be determined to be aimed at the cornea and the lower section of the eye. In addition, OCT offers advantages for measuring tissue and other optical properties of various layers inside the eye. For example, these data can be used to measure and analyze the corneal wound healing process in stromal tissue after refractive surgery.
[0016]
Because the time required to capture OCT information is substantially longer than the morphological acquisition time-instead of just one morphology-multiple morphologies are due to accidental eye movements In order to detect and compensate for human movement artifacts, it must be done during the OCT acquisition.
[0017]
The unresolved problem of positioning the cornea and the measuring device can be solved as follows. That is, not only the wavefront detector but also the OCT can be correlated to the topographer's reference point (eg, the patient's line of sight). This is accomplished by using the same fixed light and wavefront detection or OCT for morphology, allowing the starting point of data analysis to be calculated in x / y coordinates.
[0018]
OCT also provides information on the morphology of the optical components associated with the eye (cornea, lens, vitreous humor) by acquiring special information in the layers obtained by appropriate adjustment of the z-axis. In this way, morphology, optics, and density meter data from the inside of the cornea and lens can be obtained. As a diagnostic and topographic tool for refractive surgery, only OCT can provide such data related to diagnosis and therapy. The form information can also be obtained in combination with wavelength selection based on OCT alone or data acquisition based on x-axis variation.
[0019]
OCT measurements at multiple points (in the middle and slightly in the middle) allow the lens to move in its original location. Such measurements depend on splitting the OCT (either statically using the prism or dynamically using the scanning device) and subsequent evaluation of the difference in execution time of each beam. Can be achieved. Beam splitting in one of the described methods allows triangulation measurement of lens position, essential morphometric information.
[0020]
Apart from the static projection of the placido ring pattern onto the cornea (fissure film), the dynamic projection of one or more light sources is used not only for OCT scan information but also for the morphology of the cornea surface Obtainable. Thus, the Purcine image (1 = surface cornea, 2 = rear corneal surface, 3 = front lens surface, 4 = rear lens surface, 5 = retina) is used to measure the optically related surface. it can.
[0021]
Further objects and advantages of the present invention are provided by the following description in combination with the drawings of two embodiments of the present invention, which are selected merely as examples and should not be construed as limiting in any way.
[0022]
The apparatus shown in FIGS. 1, 3 and 4 and generally designated by
[0023]
During operation of the device, the light-emitting cone is reflected by a reflective surface, such as the surface of the
[0024]
The placido topometer, which in the illustrated example is a placido ring topometer, allows measurement of the surface of the
[0025]
The beam contour or wavefront analyzer consists of a
[0026]
To combine the two measurement methods, the
[0027]
Furthermore, if the laser light emitted by the
[0028]
In this process, the described measurements can be performed either in a recording sequence or continuously. Furthermore, the desired combination of individual measurements is possible within a definable time interval. Both measurement processes can be adjusted through respective automatic control processes that control not only the selection of essential information but also the recording sequence according to the problem to be solved. For example, according to the problem to be solved selected by the operator through the control menu, the measurement to be performed will be automatically selected and then performed in the sequence most appropriate for each application. The result of the measurement is in the form of a color-coded card for the artificial lens radius or evaluation value, or as a computer file for additional use, such as during automatic production of the artificial lens, for example on the screen, Or it can be output by a printer.
[0029]
The combination of methods leads to a quantitative description of eyes that are qualitatively new and have not been achieved in the past in terms of diagnosis and treatment. Combined with a method (see DE 195 163 091 A1) for fast calculation of absolute coordinates and ray tracing in free space as developed by the applicant, not only optical boundary services, The probability of determining optical quality in a meteorologically objective way is also specified for the first time. With the help of a ray tracing program, it is possible to quantify the overall refraction system in vivo and in situ based on data as obtained by the device. Biometric data allows analysis of individual functional parameters and the expected calculation of visual sensitivity, contrast sensitivity. At the same time, the results of the planned surgical intervention (ie, intrastromal ring, phatic IOL, PRK, LASIK) can be calculated and thus predicted in-scope--within the "expert" software program.
[0030]
As a result of the combination of the two programs, automated laser surgery includes comprehensive topological / morphological corneas that could not be achieved in the past, from the outermost peripheral cornea to the range of the visual axis through the cornea. A figure is provided. On the other hand, this leads to the opportunity to use the complete data record (possibly along with its connection to the ray tracing program) to introduce an optimal removal pattern to the front of the cornea individually by the light removal laser. The data acquired in this way separates the ablation process from the dexterity of the surgeon's hand and provides it as a data record for automated ablation of tissue with the laser itself. As a result of its completeness across the cross-section, it can be used according to a method known under the name “auxiliary or guided morphology”.
[0031]
Corneal morphology and wavefront analysis in the eye lead to new possibilities in the calculation of individually manufactured intraocular lenses. For the first time, they allow a refractive state that is visually optimized for individual patients for medical care with contact lenses, not just with intraocular lenses. In this way, it is possible to greatly change the scope of previous medical care with contact lenses and with intraocular lens implants. Finally, the system is generally based on an approach that leads to cost savings for health systems where additional correction aids such as eyeglasses that are still needed in more than 70% of cases are avoided.
[0032]
FIGS. 3 and 4 show an
[0033]
An coherent tomography machine (OCT) essentially consists essentially of a
[0034]
The focal point where the laser beam is focused in the eye after its last deflecting mirror 42 'defines the measurement point, ie the measurement plane of the coherence tomograph. For example, to detect individual interfaces on the eye (front and back surfaces of the cornea, front and back surfaces of the lens, base of the eye), the focal point is moved along the optical axis through the eye. There must be. An example is shown in FIGS. 3 and 4 by a rotating or oscillating double mirror optical
[0035]
If the
[0036]
By using the limited x / y positions provided by mirror 58 (eg, 3 or 4 positions), the lens eccentricity or tilt is determined when the surface morphology is combined with OCT measurement data. It can be so.
[0037]
As already mentioned in connection with FIGS. 1 and 2, measurements using the placido topometer and coherence tomography can be performed simultaneously or sequentially. As also mentioned above, the combination of placido optometry and coherent morphology leads to a quantitative description of the eye, qualitatively new and not achievable in the past, in terms of diagnosis and treatment. Quantify the overall refraction system after acquisition of data using the device according to the present invention, including shadowing the media during the wound healing process and wound formation with the help of a ray tracing program It is possible in vivo and as such. For example, the apparatus and method according to the present invention can be used to obtain layer-by-layer information on scattering states, for which there is an urgent need not only for diagnosis but also for forensic medicine. For example, after corneal surgery it is possible to determine objective criteria for the treatment of haze formation and wounding without resorting to physically simplifying forward light scatter.
[0038]
A further important application is the treatment and risk stratification of cataracts that would later affect up to 100% of the population due to an increasing shift in the artificial age structure. The present invention allows an objective decision regarding clouding of the cornea. Our knowledge of not only the anterior and posterior surfaces of the lens and the depth of the anterior chamber of the eye, but also the other properties of the entire optical refractive system, including the anterior and posterior surfaces of the cornea, is an objective predictable vision Allow accuracy to be determined from there.
[0039]
An objective grading of the anterior chamber and lens can be created from the interaction between calculated visual acuity and clinically observed acuity. Even obtaining objective criteria for grading the stage of clouding phenomenon in vivo and in vitro alone will have widespread consequences for the diagnosis and therapy of very specific eye diseases.
[0040]
The invention also allows qualitatively definitive improvements in the field of biometrics. Conventional biometric methods based on ultrasound performed prior to cataract surgery, and the insertion of artificial lenses, ultimately work with simplification that does not allow for optimal visual results. Since the posterior surface of the cornea has not been qualitatively detectable to date, it is not possible in part to determine any curvature of the lens, and as a minimum it can be decentered and displaced and consequently inserted The lens was calculated incorrectly. The socio-economic consequences of the procedure to date are enormous. So to date, the theoretically possible maximum rate of visual acuity has not been achieved in about 80% of all cases of lens insertion after cataract surgery, resulting in cost-intensive correction with glasses. It was said. If the incorrect calculation between RA / LA exceeds 3 diopters, an additional problem of anisotropy may arise. The present invention is the first time that data records are recorded in a particularly simple way using surface topometry and coherent morphology and / or wavefront analysis to accurately calculate the optimal implant for every individual case. Deal by making decisions.
[0041]
Within the scope of the present invention, it is possible to provide a number of modifications, for example developments relating to the type and sequence of the placido topometer. In this way, for example, the placido pattern is not generated statically on the cornea with the help of the placido cone, but instead the pattern can be generated dynamically, for example by rotating the LED. It is likewise possible for laser light directed for wavefront analysis or coherent morphology to be projected statically or dynamically. A related aspect of the invention is in any case where a topometer and wavefront analyzer or coherence tomograph are combined in one device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the main arrangement of a device with a placido topometer and a wavefront analyzer.
FIG. 2 is a diagram showing main operation modes of the wavefront analyzer.
FIG. 3 shows the arrangement of a device with a placido topometer and an optical coherence tomograph with an optical coherence tomograph set up to obtain tomography from the front section of the eye.
FIG. 4 shows the apparatus according to FIG. 3, but the coherence tomograph shows an apparatus with a coherence tomograph set up to perform a scan in the middle section of the eye and the posterior section of the eye. Figure.
Claims (19)
少なくとも1つのレーザ光源(28)、レーザ光源により生じるレーザビームを検出するための検出器(34、34’)、およびレーザビームを分割し、レーザビームの少なくとも一部を目の中に偏向し、目から検出器の上に反射されるレーザビームの部分を偏向するための手段(30,52)が提供され、
検出器(34)が光学干渉性形態学を実行するために配置され、検出器に加えて、光学干渉性形態学を実行するための追加手段であるプリズムスプリッタ(52)、光学経路長変調器(66)および2つの基準鏡(54,56)があることを特徴とする装置。The cornea of the eye (22) with means (12, 16) for dynamic or static projection of the pattern onto the surface of the cornea and means (14) for detecting the pattern reflected by the cornea An apparatus (10, 10 ') for detecting the surface morphology of (24), whereby means are provided for the detection of at least one optical property of a layer placed under the cornea, said detection The means comprises coherent morphological means;
At least one laser light source (28), a detector (34, 34 ') for detecting the laser beam produced by the laser light source, and splitting the laser beam, deflecting at least a portion of the laser beam into the eye; Means (30, 52) are provided for deflecting the portion of the laser beam reflected from the eye onto the detector;
A detector (34) is arranged to perform optical coherent morphology and, in addition to the detector , is a prism splitter (52), an optical path length modulator, which is an additional means for performing optical coherent morphology (66) and two reference mirrors (54, 56).
レーザビームが、少なくとも1つのレーザ光源、または角膜の下に置かれる層の光学特性を検出するためのビームによって生成され、ビームの少なくとも一部が目の中に誘導されるように偏向され、目によって反射されるレーザビームの部分が、検出器に誘導され、検出器によって検出され、
レーザビームの貫通奥行きの規模内で、散乱値に関する情報が、組織(角膜、レンズ、網膜)の層厚さ内での光学干渉性形態学(OCT)によって求められることを特徴とする方法。A method for detecting the surface morphology of the eye cornea by dynamic or static projection of the pattern onto the surface of the cornea and for detecting a pattern reflected by the cornea, thereby At least one optical property of the underlying layer is also detected, said detection of said optical property of the underlying layer being performed by coherent morphology,
A laser beam is generated by at least one laser light source or a beam for detecting optical properties of a layer placed under the cornea and deflected so that at least a portion of the beam is guided into the eye, The portion of the laser beam reflected by is directed to the detector and detected by the detector,
A method characterized in that within the scale of the penetration depth of the laser beam, information on the scattering value is determined by optical coherent morphology (OCT) within the layer thickness of the tissue (cornea, lens, retina).
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